JP7181275B2 - ウェアラブルアンテナおよび子宮内監視システム - Google Patents

Description

本発明は、ウェアラブルアンテナ、およびそのようなウェアラブルアンテナを備える子宮内監視システムに関する。本発明の実施形態は、ヒトの子宮内の生物物理学的パラメータを長期間にわたってリアルタイムで生体内測定するためのシステムに関する。

ヒトの妊娠の全体の３０％以上は、懐胎２０週を超えて進行しない。夫婦の６組に１組が不妊症に悩まされており、夫婦の約２５％で明確な理由は特定されていない。人工生殖技術による支援を行った後でも、過去５～１０年に、赤ん坊を授かる割合はほとんど変化していない。これは、子宮機能を調べるための病態生理学的メカニズムと臨床的に関連する診断アプローチについての無理解を反映している可能性がある。子宮内環境（温度、溶存酸素濃度、およびｐＨなどの生物物理学的パラメータ）とリプロダクティブヘルスとの相互作用がありそうだが、子宮の生物物理学的特性についても、それらの特性が月経周期でどのように変化するのかについてもほとんど知られていない。利用可能なデータは、スナップショット技術と有線センサプローブからほとんど得られるが、そのいずれもリアルタイムで長期にわたって生体内監視ができない。

本出願人による以前の特許出願では、先行技術の制約のいくつかに対処する子宮内監視システムが説明されている。

そのような子宮内監視システムの一部は、子宮内に埋め込まれたセンサ装置と無線で通信する必要（および好ましくは電力を供給する必要）があるウェアラブル受信装置である。ウェアラブル受信機は磁場を生成する一次コイルを有し、この一次コイルは埋め込み型センサの二次コイルと相互作用する。効率的で効果的なデータ通信と電力伝送は、とりわけ、一次コイルと二次コイルの相対的な位置と形状の関数である。埋め込み型センサの二次コイルの向きは制御できるが、その位置は子宮内での配置によって比較的制約される。さらに、以下で説明するように、すべての女性に子宮が同一に配置され、配向されているわけでもなく、また同じ女性でも時間が異なれば、同一に配置され、配向されているわけでもない。

この種の無線エネルギー転送および通信システムにおいて、特に子宮内環境監視アプリケーションでは、２つのアンテナ（一次アンテナと二次アンテナ）間の不一致が原因となり、その結果、測定を行うための埋め込み型センサに供給されるエネルギーが不十分になるために、または取得したセンサデータを埋め込み型センサからウェアラブル装置に配信できないために、データのドロップアウトが発生し得る。

また、ループアンテナの装着に関連する問題もあるが、これはユーザにとって不快で使い勝手が悪い場合がある。例えば、ループアンテナを装着すると、ユーザの通常の活動が制限されることも、アンテナが破損するリスクもあり得る。

本発明は、これらの制限のいくつかに対処することを意図している。

本発明の第一の態様によれば、子宮に埋め込まれた埋め込み型センサ装置によって生成されたセンサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナであって、前記ウェアラブルアンテナは、使用中に着用者の身体の腰周りに伸び、前記着用者の身体の前部に配置するために下向き伸長部分を有する、ウェアラブルアンテナが提供される。このようにして、ウェアラブルアンテナと埋め込み型センサとの間の電磁相互作用の改善を実現できる。

前記ウェアラブルアンテナを着用するとき、前記下向き伸長部分は、前記着用者の腰からその鼠径部に下向きに伸びることが好ましい。前記下向き伸長部分は、前記子宮の水平位置にあたる位置まで、またはそれより下に伸び得る。前記下向き伸長部分は、単一の湾曲部であり得る。前記着用者の身体の後部（すなわち、着用者の鼠径部に隣接する下向き伸長部分に対してアンテナの反対側）に配置するために、さらに下向き伸長部分を設けることもあり得る。

本発明の第二の態様によれば、上記に従うウェアラブルアンテナを備えるウェアラブル受信装置が提供される。ウェアラブル受信装置は、ベルトのことも、あるいは下着のこともあり得る。

ウェアラブル受信装置の少なくとも一部分は、着用者の腰周りで展開と収縮を可能にするために伸縮性を有するようにし得る。ウェアラブル受信装置は、１つ以上の弾性領域と１つ以上の実質的に非弾性領域を備え、アンテナの形状は、ウェアラブル受信装置が引き伸ばされると、弾性領域のみが変形することができる。

アンテナは、ウェアラブル受信装置の少なくとも弾性部分内に起伏形状を有し得る。この起伏形状は、実質的に正弦波のことも、あるいは代替の波形パターンを取ることもあり得る。

ウェアラブル受信装置は、ウェアラブル受信装置のアンテナから埋め込み型センサ装置のアンテナに電力を送信し、電磁結合を介して埋め込み型センサ装置からセンサデータを受信するために、トランシーバ回路と電源を含む制御ユニットを備え得る。制御ユニットは、電磁結合を介して埋め込み型センサ装置に制御信号を送信するように動作可能であり得る。制御ユニットは、ウェアラブル受信装置から取り外し可能であることが好ましい。この場合、制御ユニットが取り外されたときに、ウェアラブル受信装置は洗うことができ得る。

ウェアラブル受信装置は、着用者の腰周りにベルトを機械的に固定するためのバックルと、着用者の腰周りのアンテナ回路を完成させるためのコネクタを備え得る。バックルにより、ベルトのサイズ調整が可能になり得る。

本発明の第三の態様によれば、
子宮に埋め込み、前記子宮内の状態を測定してセンサデータを生成するための埋め込み型センサ装置と、
前記埋め込み型センサ装置によって生成された前記センサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナを備える子宮内監視システムであって、
前記ウェアラブルアンテナは、使用中に着用者の身体の腰周りに伸び、前記着用者の身体の前部に配置するために受信装置の一部に下向き伸長部分を有する、子宮内監視システムが提供される。

アンテナは、電磁結合を介して埋め込み型センサ装置に電力を送信するように動作可能であり得る。

本発明の第四の態様によれば、子宮に埋め込まれた埋め込み型センサ装置によって生成されたセンサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナが提供され、前記アンテナは、使用中に着用者の身体の腰周りに伸び、着用者の腰周りのウェアラブルアンテナの展開と収縮を可能にするために、着用者の腰周りの少なくとも一部分に起伏形状を有する。

この起伏形状は、実質的に正弦波のこともあり得るし、あるいは代替の波形パターンを取り得る。好ましくは、着用時に、ウェアラブルアンテナと埋め込み型センサとの間の電磁的相互作用の乱れを最小限に抑えるように、この起伏形状は、ユーザの身体の片側または両側に設けられる。

本発明の第五の態様によれば、上記に従うアンテナを備えるウェアラブル受信装置が提供され、前記ウェアラブル受信装置は、１つ以上の弾性領域と１つ以上の実質的に非弾性領域を備え、アンテナの形状はウェアラブル受信装置が引き伸ばされると、弾性領域でのみ変形することができる。アンテナは、好ましくは、ウェアラブル受信装置の少なくとも弾性部分内に起伏形状を有する。

本発明の第六の態様によれば、
子宮に埋め込み、前記子宮内の状態を測定してセンサデータを生成するための埋め込み型センサ装置と、
前記埋め込み型センサ装置によって生成された前記センサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナを備える子宮内監視システムであって、
前記ウェアラブルアンテナは、使用中に着用者の身体の腰周りに伸び、前記着用者の腰周りのウェアラブル受信装置の展開と収縮を可能にするために、前記着用者の腰周りの少なくとも一部分に起伏形状を有する、子宮内監視システムが提供される。

本発明の実施形態は、より信頼性が高く堅牢なベルトコイル設計を提供することができ、埋め込み型センサ装置と相互作用するために、より良い無線性能およびより広い作動角を達成することができる。

本出願において、アンテナおよびコイルという用語は同じ意味で使用される。本技術では、２つのアンテナまたはコイルが使用される。これらのうちの一つ目（一次）は、ウェアラブル受信装置の一部であり、受信装置（および結果として着用者の身体）の周りに伸びる導線の１つ以上の完全な回路を形成する。これらのうちの二つ目（二次）は、埋め込み型センサ装置の一部であり、コイルまたはループアンテナの形状、例えばソレノイドコイルの形状をとり得る。実施形態において、埋め込み型センサ装置に給電するために、一次コイル／アンテナから二次コイル／アンテナに電力が供給される。センサデータを埋め込み型装置から体外にエクスポートできるようにするために、データ信号が二次アンテナ／コイルから一次アンテナ／コイルに送信される。また、一部の実施形態では、埋め込み型センサ装置をその場で制御できるようにするために、制御（コマンド）信号が一次アンテナ／コイルから二次アンテナ／コイルに送信され得る。そのような場合、一次アンテナ／コイルと二次アンテナ／コイルとの間の電磁結合により、電力伝送と双方向通信の双方がウェアラブル受信装置と埋め込み型センサ装置との間に提供される。本技術は、堅牢で快適でユーザフレンドリーなウェアラブル装置を提供するこの電磁結合の改善を試みる。

ここで、本発明の実施形態を、同様の部分に対応する参照番号が振られている添付図面を参照して、例としてのみ説明する。

図１は、一実施形態による子宮内監視システムを概略的に示す。 図２は、一実施形態による埋め込み型センサ装置を概略的に示す。 図３は、一次コイルと二次コイルとの間の電磁結合の原理を概略的に示す。 図４は、第一の実施形態によるウェアラブル受信装置を概略的に示す。 図５は、第二の実施形態によるウェアラブル受信装置を概略的に示す。 図６は、第三の実施形態によるウェアラブル受信装置を概略的に示す。 図７は、本発明の実施形態により提供される様々な子宮位置を概略的に示す。 図８は、本発明の実施形態によるコイル構造を概略的に示す。 図９は、単純なループアンテナの形状を変更して、結果として生じる電磁場分布と磁束に与える影響を概略的に示す。 図１０Ａは、基本コイルによって実現可能な作動電磁結合領域を概略的に示す。 図１０Ｂは、本発明の実施形態によって実現可能な作動電磁結合領域を概略的に示す。 図１１Ａは、収縮状態にある伸縮アンテナ領域を概略的に示す。 図１１Ｂは、展開状態にある伸縮アンテナ領域を概略的に示す。 図１２は、ウェアラブルアンテナの例示的な寸法を概略的に示す 図１３は、ベルトではなく、下着内に埋め込まれたコイルを概略的に示す。

図１を参照すると、子宮内環境監視用の３モジュール構造のマルチパラメータ生体内センシングプラットフォームが示されている。このプラットフォームは、スマートセンサ１（ヒトの子宮に埋め込むのに適した形状と寸法を有する埋め込み型センサ装置）、一般的にウェアラブルである外部受信機２、コンピュータ３ａまたは携帯電子機器３ｂなどの適切なデータ処理ハードウェアにインストールされた監視ソフトウェアを備える。スマートセンサ１は、複数の埋め込み型バイオセンサ（温度、溶存酸素濃度（ＤＯＣ）、およびｐＨの測定を意図したもの）を組み込んだ、（ヒトの女性の身体６の子宮５内に）完全な埋め込み型センサ装置である。温度、ＤＯＣ、およびｐＨは、ヒトの生命と生殖に不可欠なガスと酸塩基の恒常的な制御バランスを維持するため、このアプリケーションで測定する３つの最も重要なパラメータと見なされている。これらのパラメータは、着床胚に対する子宮内環境の受容性を決定する可能性がある。

スマートセンサ１は、ユーザの身体の外側に位置し、ユーザが着用するウェアラブル受信機２から無線で電力を受け取り、ウェアラブル受信機２に無線でデータを送信することができる。その結果、スマートセンサ１は、バッテリとケーブルを必要とせず、避妊のために広く使用されているｌＵＤ（子宮内装置）に匹敵するサイズである。子宮に埋め込む場合、装置は厳しいサイズ制限を満たす必要があるので、このことは重要である。避妊に広く使用されている子宮内装置（ｌＵＤ）と比較して、バッテリベースのセンサは大きすぎるので、子宮の中で使用できないことが分かってきた。さらに、バッテリに基づく設計には、通常、バッテリの物理的なサイズによる制限と、バッテリが消耗しすぎて動作を継続できなくなるまでの寿命が短いという制限がある。さらに、バッテリの有毒物質からの潜在的なリスクもある。

受信機２は、埋め込み型センサ装置１と適切なソフトウェアを実行する（したがってデータ解析器として動作する）外部データ処理装置との間の媒体として機能する。特に、受信機２は、エネルギーをセンサ装置に供給し、リアルタイムの情報を収集する。受信機２のアンテナ４を衣服に埋め込み、受信機２に配線することができる。ソフトウェアモジュールは、ポストデータの処理と解析のためにスマート端末またはＰＣサーバに生体内データを同時にアップロードするために開発されている。ソフトウェアモジュールは、ＰＣまたはスマート端末で実行される一連の監視ソフトウェアで構成され、データ処理とシステム構成のために使い勝手の良いユーザインターフェイスになるように設計されている。子宮内でのスマートセンサ１の配置を図１に示す。特に、一般的に細長い構造を有し得るスマートセンサ１は、子宮内で実質的に直立（垂直）に配置される。その結果、ユーザが立っているとき、スマートセンサ１の長手方向軸は実質的に垂直である。

この３モジュール構造のシステムでは、スマートセンサ１と受信機２との間の無線エネルギー転送とデータ通信の有効性が、意図されたシステムの使いやすさに直接影響する。設計を最適化すると、性能が向上し、サイズが縮小し、消費電力を少なくし、低コストを実現するだけでなく、エンドユーザのエクスペリエンスと臨床診療も改善し得る。

図２を参照すると、スマートセンサ１の例示的な構造が示されている。図２では、Ｔ型スマートセンサは、本体２０、第一のアーム２１、および第二のアーム２２を備えているのが分かる。子宮に挿入されると、第一のアーム２１および第二アーム２２はスマートセンサ１を子宮内の所定の位置に保持するのに役立つ。本実施形態では２つのアームが使用されているが、他の実施形態では、単一のアームを使用することも、あるいは２つより多くのアームを使用できることも理解されるべきである。本体２０は、主回路基板（図示せず）とアンテナ（同じく図示せず）を備え得る。代替として、アンテナは第二のアーム２２に固定され得る。主回路基板は、センサと回路が搭載されおり、この回路は、電気エネルギーを一時的に保存し、センサデータを取得し、取得したセンサデータをウェアラブル受信機に送信するスマートセンサ１を制御する。

センサ装置の向きは、子宮内で垂直であるため、ベルトアンテナまたは下着に埋め込まれたアンテナを有する受信機での使用に適している。コード２３は、子宮からの装置の取り外しを支援するために使用される。

電磁誘導無線伝送技術は、２つの結合されたコイル（一次コイルと二次コイル）の使用による近距離場のエネルギー転送に使用される。図３は、これを概略的に示しており、一次コイル（大きなコイル）に対する二次コイル（小さなコイル）の２つの可能な向きを示す。これらの向きのうちの一方で、図３で（ａ）として示される向きは、二次コイルの平面が一次コイルの平面に平行であることを示している。これは、２つのコイル間の電磁結合に最適な角度である。もう一方の向きで、図３で（ｂ）として示される向きは、二次コイルの平面が一次コイルの平面に垂直であることを示している。これは、２つのコイル間の電磁結合に最悪の角度である。上記で説明したように、子宮内環境監視アプリケーションの場合、一次コイルはベルトアンテナであり、二次コイルは子宮内の埋め込み型センサアンテナである。一次コイルを流れる電流は、二次コイルに作用する磁場を生成し、その中に誘導電流を生成する。密結合は、高いエネルギーハーベスト効率と長い作動距離に有益である。一次コイルと二次コイルの間の距離を大きくすると、磁場が二次コイルの受信エリアを超えて広がり、伝送エネルギーの損失を招く。一般的に言えば、同じ二次コイルに対して、二次コイルの交差エリアを通過する磁束が増えると、より多くのエネルギーが供給される。女性の子宮は向きが異なり、膀胱が満杯か空かなどに応じて、様々な状況で動く。これは、ベルトまたは子宮のいずれかが動くと、必ずしも理想的ではない一次コイルと二次コイルの間の相対的な向きが生じるため、常に理想的な伝達条件を達成することが困難になり得ることを意味する。

本技術の一態様は、一次コイルと二次コイルとの間の距離を短くし、一次コイルに対する二次コイルの良好な向きを提供することを模索し、それによって、エネルギー転送効率を高め、データ欠落率を低くすることができる。

図４を参照すると、ベルト４０は、ウェアラブル受信装置として提供され、ベルトの周りに伸び、意図されたウエストサイズより長い長さを有する完全なコイル４１を備える。コイル４１は、部分的に弾性のあるベルト構造内に埋め込まれ、この構造は、ファブリックパネルと弾性支持体の複合構造であっても、あるいは単純な弾性材料構造であってもよい。ベルトは連続的なループを形成するので、ユーザは、ベルト４０を着用するために、ベルト４０を頭の上または足の上に通す必要がある。コイル４１は、４２で拡大して示されるように、複数のターン（すなわち、連続電流経路がベルトの周りに複数回伸びる）を有する。コイル４１は、ベルトの実質的な部分の周りにほぼ直線状に伸び得る。ただし、着用者の側部に位置するように意図された第一および第二の伸長可能領域４３と、着用者の前部に位置するように意図された下向き伸長領域４４を除く。この実施形態では、着用者の後部に、さらなる下向き伸長領域が領域４４の反対側に設けられている。読み取り装置４５が、ベルト４０に取り外し可能に取り付けられている。クリップ、ブラケット、相補的な雄雌構造、Ｖｅｌｃｒｏ（登録商標）または磁石など、様々な形態の取り外し可能な取り付けを使用することができる。読み取り装置４５は取り外されると、ベルトは洗うことができる。伸長可能領域４３は、弾性を可能にするために、コイルのウィグル（ｃｏｉｌ ｗｉｇｇｌｅ）を含む。ベルト自体は、伸長可能領域４３内でのみ弾性であることが好ましい。なぜなら、他の場所でベルトが展開すると、コイルの直線部分に応力がかかり、損傷を与え得るからである。下向き伸長領域４４は、好ましくは水平面上の子宮よりもわずかに低い（数ｃｍ）特定のレベルの鼠径部の輪郭まで下向きに伸びることができる。ベルト／着用者の後部で下向き伸長領域は、より小さくてもよく、例えば、わずか数ｃｍだけ下方に伸長する。

図５を参照すると、代替のウェアラブル受信ベルト装置４６が示されている。これは、図４のベルト４０に類似しているが、マルチピンコネクタ４７を介して結合するワイヤを有する開放可能／切断可能なコイルを備える。ベルト４６は、着用者が腰にベルトを巻き付け、マルチピンコネクタ４７を閉じる通常のベルトとして使用することができ、その結果、（図４に関連して説明したように、複数のターンを有する）完全なループコイルが形成される。ベルト４６は、コネクタ４７を介して機械的にも電気的にも連続ループに接続されることが理解されるであろう。図５のベルト４６は、図４のベルト４０よりも着用者が使用するのに便利かもしれないが、コネクタ４７を介した潜在的な故障モードを犠牲にしている。

図６を参照すると、別の代替のウェアラブル受信装置４８が示され、これも、開放可能／切断可能なコイルを利用している。これは、コイルのワイヤがマルチピンコネクタ４７’を介して結合するため、電気コネクタを使用して回路を切断／非切断するため、図５のベルト４６と同様である。しかしながら、図６のベルト４８の場合、追加のベルトバックル４９がマルチピンコネクタ４７’の頂部に設けられ、着用者のウエストサイズに合うようにベルトのサイズを調整することができる。この場合、コネクタ４７’は電気的接続を提供する必要があり、その一方で、バックル４９は機械的接続と、ベルト４８のサイズ調整機能を提供する。電気コネクタ４７’は、コネクタ４７’の頂部の上にバックルが位置することによりバックル４９によって保護される。

図４、図５および図６の実施形態のそれぞれは、腰周りに装着されるように設計されたフレキシブルな弾性アンテナを提供する。その理由は、ユーザの快適さと通常の活動を考慮すると、単純なループアンテナはこの用途には適さないからである。したがって、アンテナコイルは、ウエストサイズの範囲に適合することができる弾性バンドに埋め込まれ、呼吸および運動などの通常の活動に関連して歪みが生じるのに対処する。弾性がありフレキシブルであることは、コネクタ４７／４７’で回路を切断することでベルトを着脱できる図５および図６の設計でも有益である。

完全なコイルは、意図されたウエストラインよりも長い円周を有することが理解されよう。（ベルトコイルによって生成される磁場に影響を与える）コイルの形状を保持するために、コイルの約８０％をベルトに固定し、ベルトが引き伸ばされたときに相対移動しないようにする。フレキシブルな部分は、正弦波の形状または他の好ましくは起伏形状で格納された過剰なコイルに設けられている。ユーザを過度に締め付けないと、弾性ベルトを所定の位置に保持できない場合、追加の一般的なベルトバックル（強磁性材料製ではない）を弾性領域の上部に使用して、ベルトに組み込まれたバッテリと回路の重量をさらに支えることができる。

図４、図５、および図６に関連して上述したベルト４０、４６、４８は、いずれの場合も、読み取り電子機器４５を保持し、その中に組み込まれたコイル４１を有する。ベルト４０、４６、および４８は、フレキシブルで弾性があるので、監視期間中における毎日の使用でユーザに使い勝手の良いものになっている。着用者の身体、したがって埋め込まれたセンサ装置に対するベルトの位置は、監視中、ベルトの弾性によって、および／または図５のコネクタ４７または図６のバックル４９により提供される機械的接続のいずれかによって固定される。ベルト４０、４６、および４９は長期間（例えば、１ヶ月）にわたって着用されるため、汚れる可能性があり、それゆえ、読み取り電子機器４５を取り外した後に洗うことができる。以下で詳細に説明するように、コイル４１のアンテナパターンは、電磁場分布と無線性能をより良くするように、特別に設計されている。

図７を参照すると、ヒトの子宮の様々な異なる位置が示されている。特に、正常な子宮の位置が、第一段階、第二段階、および第三段階の後傾子宮とともに示されている。子宮の位置が個人間でも、特定の個人においても、時間の変化とともに、例えば、膀胱の充満度に依存して、様々に変化し得ることで、埋め込み型センサ装置がその場装置のとき、その位置および／または向きに違いが生じ得ることが理解されよう。

図８を参照すると、ウェアラブル受信装置の一次コイルの構成は、上記の図４～図６に示す方法でベルト内に埋め込まれた場合に配置される位置にある人体に関して示されている。分かりやすくするために、ベルト自体は図８では省略されている。一次コイルには、正面窪み（ｆｒｏｎｔａｌ ｄｉｐ）があり、その窪みは、着用者の鼠径部に向かって下方に伸び、人体内に一次コイルが二次コイルと相互作用できる作動領域を部分的に決定づけていることが分かる。ベルトが着用されている場合、正面窪みは、鼠径部の輪郭（つまり、ベルトの内側）に沿って、（着用者が直立しているときの）水平面上の子宮よりも少し（数ｃｍ）低い位置に、下向きに伸びる。また、一次コイルは、着用者の身体の両側に小さな正弦波パターンを有することで、様々なウエストサイズ、身体の動きに対処するに、および／または図４のベルトの場合にベルトの着脱を支援するために、コイルの展開が可能になる。正弦波パターンは、実際には正弦波形状である必要はないが、アンテナの有効長を延ばすために真っ直ぐにすることのできる任意の非直線形状（一般に起伏）を有し得る。のこぎり波または方形波のパターンは実行可能であるが、方向の急激な変化はワイヤに弱点を形成するため、緩やかな湾曲部が望ましい。各正弦波パターンは、ベルトとコイルが一緒に展開・収縮できるように、ベルトの弾性部分と同じ場所にある。コイルは、脚の動きに余裕を設けるように、脚の頂部で水平になっている。

一般的に、コイルの下向きに湾曲した正面部分からの２つの利点を確認できる。第一に、これにより、ベルトアンテナと子宮内に埋め込まれたセンサとの間の距離が短くなり、ベルトアンテナに対するセンサアンテナの向きを適切なものとする。第二に、それは場の分布を操作し、子宮が見出されると予想される人体の部分に強い場／高磁束密度を提供する（一般的に体の左側と右側の間の中央に配置されるが、体の前部と後部の間の任意の位置に配置される）。より一般的には、正面窪みは、埋め込まれた装置が特定の身体姿勢に十分な電力を受けるかどうかに影響する。

したがって、ベルトの前面にあるコイルの大きな下向きの湾曲部は、体内の埋め込み型装置の位置の変動を補償し、ベルトアンテナと子宮内に埋め込まれたセンサの間の距離が短くなり、一般にベルトアンテナに対するセンサアンテナの向きを適切なものとし、場の分布を操作して、子宮が存在すると予想されるエリアでより強い場／高磁束密度を実現することが理解されよう。図９は、単純な（円形の）ループアンテナと大きな湾曲部を有するループとの比較を示す。シミュレーションモデルは、各構造（「シミュレーションモデル」の欄に示されている形状）に対して定義され、対応する電磁場分布と磁束密度を生成するために使用された。電磁場強度と磁束密度の大きさは、矢印のサイズで表されている。単純なループアンテナでは（大きさと向きで）比較的均一な分布を生じるが、大きな湾曲部を有する修正されたループアンテナでは、より不均一な分布を生じ、特に電磁場の方向と大きさを特定の領域と向きに合わせて調整できる。この原理は、ベルトアンテナの形状を適切に定義することにより、ベルトアンテナによって生成される電磁場を調整するために使用できることが理解されよう。特に、電磁場は、ベルトアンテナと埋め込まれたセンサ装置との間の相互作用を最適化するように成形することができる。正面窪みは、オプションとして、小さな後部窪みと組み合わせて、この分布を実現できることが分かった。

図１０Ａおよび図１０Ｂは、人体の側面図を、コイルアンテナの位置とともに示す（コイルが埋め込まれているベルトは、分かりやすくするために図１０Ａおよび図１０Ｂで省略されている）。図１０Ａは、正面窪みのない単純なループアンテナを示し、図１０Ｂは、正面窪みおよび着用者の身体の側面に起伏部分を有するアンテナを示す。図１０Ａおよび図１０Ｂのそれぞれにおいて、人体内の作動エリア１０２（図１０Ａ）または１０４（図１０Ｂ）の位置および範囲が、アンテナとの関係で示されている。図１０Ａおよび図１０Ｂによって示唆されるように、作動エリア１０２、１０４は硬い境界を有しないが、これらのエリアは、コイルアンテナ（一次）と埋め込み型装置の二次コイルとの間の電磁結合が本アプリケーションのエネルギーおよびデータの転送要件に十分であると期待できる着用者の身体のエリアを示すことを理解されよう。図１０Ｂの作動エリア１０４を図１０Ａの作動エリア１０２と比較すると、また図７に示される子宮位置とも比較すると、作動エリア１０４は、ほとんどの子宮位置に良好な電磁結合を提供する可能性があり、特に、作動エリア１０２よりも大きな相互作用領域（正面／後部方向）を提供できることが明らかになる。言い換えれば、ウェアラブルアンテナと埋め込まれたセンサ装置のアンテナとの間のより強力で信頼性の高い相互作用を実現できる。

着用者の身体の両側に設けられるより小さな正弦波パターンは、コイルの伸縮性部分を提供する。これは、図４、図５、図６、および図８と同様に、図１０Ｂで明確に見ることができる。コイルが様々な程度に引き伸ばされると、このパターンは、コイルの電磁特性への影響が最も少なく、こうして、システムが離調するリスクが最も小さいことが分かった。より小さな正弦波パターンは、快適さを改善し、性能低下を抑制するために、身体の側面に配置される。特に、正弦波パターンは、その近傍の電磁場分布を不規則にする可能性がある。ただし、正弦波を着用者の身体の側面に設けることにより、この擾乱は、埋め込まれたセンサが存在する着用者の身体の中央領域から離れる（したがって、電磁場分布が信頼できることが重要である）。図１１Ａおよび図１１Ｂを参照すると、ベルトが引き伸ばされるときの正弦波パターンの伸びが示されている。特に、図１１Ａは、引き伸ばされていない状態のベルトを示し、そのコイルの正弦波パターンは比較的短い波長を有し、隣接するピーク間の距離が比較的短い。図１１Ａの波形の振幅も比較的大きい。図１１Ｂは、引き伸ばされた状態のベルトを示し、そのコイル内の正弦波パターンは比較的長い比較的長い波長を有し、隣接するピーク間の距離が比較的長い。図１１Ｂの波形の振幅も比較的小さい。ベルトの理論上の最大の伸びは、直線に引き伸ばされた正弦波パターンに対応することが理解されよう（ただし、この伸びの度合いは、ベルト自体を形成する弾性材料の伸びの制限により、事実上、制約され得ることが理解されよう）。

図１２を参照すると、ウェアラブルアンテナ１２０の例示的な寸法が提供されている。図１２のアンテナ１２０の左端１２６および右端１２７は、（前の図に示すように）実際には互いに連続しており、アンテナ１２０が全体として、図８および図１０Ｂに示すような着用者の腰周りに伸びていることが理解されよう。アンテナ１２０によって形成される主平面は、破線１２１によって示されている。主平面１２１は、腰の高さで、またはその付近で着用者の身体を二分する。アンテナ１２０の展開を可能にする起伏部分１２２、１２４は、アンテナ１２０に沿って約１５０ｍｍ伸び（非展開状態のとき）、約５０ｍｍの振幅（山から谷）を有するように示されている。したがって、起伏は、主平面１２１の上下にいずれかの方向に約２５ｍｍずれている。異なる寸法を使用して、同じ効果を達成し得ることは理解されよう。例えば、起伏１２２、１２４は、いずれの方向にも約１０ｍｍから約５０ｍｍの間の量だけ主平面１２１からずれる場合がある。起伏のあるフォーメーションから着用者の前面までの距離は、約２５０ｍｍである。起伏のあるフォーメーションから着用者の後部までの間の距離は、約３５０ｍｍである。アンテナの前部にある下向き伸長部分１２３（着用者の鼠径部エリア付近、すなわち着用者の前面で着用される）は、主平面１２１から約１５０ｍｍ下に伸びる。下向き伸長部分１２３は、単一の湾曲部を確定する。アンテナの後部にある下向き伸長部分１２５（着用者の後部で着用される）は、主平面１２１から約７０ｍｍ下に伸びる。下向き伸長部分１２５は、単一の湾曲部を画定し、下向き伸長部分１２３よりも浅い湾曲部である。起伏もなく、湾曲した下向き伸長部分の一部でもないアンテナ１２０の部分は、実質的に直線部分と見なすことができ、これらは一般に主平面１２１と一致する。

図１３を参照すると、コイルアンテナの構成は、必ずしもベルトに適用する必要がないことが分かる。代わりに、図１２に示すように、他の衣服（この場合は下着）に組み込むこともできる。ここでは、正面窪みの存在と、衣服の側面の起伏部分に関して同じ原則が適用される。

様々な技術、および埋め込み型センサ装置と外部受信機が子宮内監視の観点から説明されたが、これらの技術と構造は、ヒトまたは動物の身体の膣、膀胱または消化管などの他の体腔監視に適用できることが理解されよう。

Claims (20)

1. 子宮に埋め込まれた埋め込み型センサ装置によって生成されたセンサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナであって、前記ウェアラブルアンテナは、使用中に、連続的なループで着用者の身体の腰周りに伸び、前記着用者の身体の前部に配置するために下向き伸長部分を有する、ウェアラブルアンテナ。
2. 前記ウェアラブルアンテナを着用するとき、前記下向き伸長部分は、前記着用者の腰からその鼠径部に下向きに伸びる、請求項１に記載のウェアラブルアンテナ。
3. 前記下向き伸長部分は、前記子宮の水平位置にあたる位置まで、またはそれより下に伸びる、請求項２に記載のウェアラブルアンテナ。
4. 前記下向き伸長部分は、単一の湾曲部である、請求項１～３のいずれか一項に記載のウェアラブルアンテナ。
5. 前記着用者の身体の後部に配置するために、さらに下向き伸長部分を有する、請求項１～４のいずれか一項に記載のウェアラブルアンテナ。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載のウェアラブルアンテナを備えるウェアラブル受信装置。
7. 前記ウェアラブル受信装置がベルトである、請求項６に記載のウェアラブル受信装置。
8. 前記ウェアラブル受信装置が下着である、請求項６に記載のウェアラブル受信装置。
9. 前記ウェアラブル受信装置の少なくとも一部分は、前記着用者の腰周りで展開と収縮を可能にするために伸縮性を有する、請求項６～８のいずれか一項に記載のウェアラブル受信装置。
10. 前記ウェアラブル受信装置は、１つ以上の弾性領域と１つ以上の実質的に非弾性領域を備え、前記ウェアラブルアンテナの形状は、前記ウェアラブル受信装置が引き伸ばされると、前記弾性領域のみが変形することができる、請求項９に記載のウェアラブル受信装置。
11. 前記ウェアラブルアンテナは、前記ウェアラブル受信装置の少なくとも前記弾性領域内に起伏形状を有する、請求項１０に記載のウェアラブル受信装置。
12. 前記起伏形状は、実質的に正弦波である、請求項１１に記載のウェアラブル受信装置。
13. 前記ウェアラブル受信装置の前記ウェアラブルアンテナから前記埋め込み型センサ装置のアンテナに電力を送信し、電磁結合を介して前記埋め込み型センサ装置からセンサデータを受信するために、トランシーバ回路および電源を含む制御ユニットを備える、請求項６～１２のいずれか一項に記載のウェアラブル受信装置。
14. 前記制御ユニットは、前記電磁結合を介して前記埋め込み型センサ装置に制御信号を送信するように動作可能である、請求項１３に記載のウェアラブル受信装置。
15. 前記制御ユニットは、前記ウェアラブル受信装置から取り外し可能である、請求項１３または請求項１４に記載のウェアラブル受信装置。
16. 前記ウェアラブル受信装置は、前記制御ユニットが取り外されたときに、洗うことができる、請求項１５に記載のウェアラブル受信装置。
17. 前記着用者の腰周りにベルトを機械的に固定するためのバックルと、前記着用者の腰周りのアンテナ回路を完成させるためのコネクタを備える、請求項１～１６のいずれか一項に記載のウェアラブル受信装置。
18. 前記バックルにより、前記ベルトのサイズ調整が可能になる、請求項１７に記載のウェアラブル受信装置。
19. 子宮に埋め込み、前記子宮内の状態を測定してセンサデータを生成するための埋め込み型センサ装置と、
    前記埋め込み型センサ装置によって生成された前記センサデータを無線で受信するためのウェアラブルアンテナを備える、子宮内監視システムであって、
    前記ウェアラブルアンテナは、使用中に、連続的なループで着用者の身体の腰周りに伸び、前記着用者の身体の前部に配置するために受信装置の一部に下向き伸長部分を有する、子宮内監視システム。
20. 前記ウェアラブルアンテナは、電磁結合を介して前記埋め込み型センサ装置に電力を送信するように動作可能である、請求項１９に記載の子宮内監視システム。

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